基于智能轨迹导引算法的实用控制研究

摘要

许多工业现场的被控过程都具有非线性、时变性、大惯性、强耦合等特点，难以确定其精确的数学模型。通常依赖经验进行手动操作控制，自动化程度较低，无法满足外界负荷变化和克服各种扰动影响，不能够实现生产过程的安全高效。PID算法虽在工业界得到广泛应用，但其难以很好兼顾静态与动态指标的要求。本文以供暖锅炉的燃烧环节为特定的复杂对象进行智能控制研究，不仅在理论上进行了积极的探索，而且在实践上得到成功的应用。
　　针对通常采用的增量式PID算法，逐项剖析其优劣，参照对比了一种基于参考模型的改进控制算法:ITGC(Intelligent Track Guiding Control)——智能轨迹导引控制。设计了以直线、一阶惯性环节、logistic曲线作为规划过渡过程曲线，将传统的“目标控制”过渡到“过程控制”，可得到不同时刻下的位置给定和速度给定。经加权组合不同时刻的位置差和速度差得到增量式控制输出方程，在更为“柔和”合理的控制激励下，促使系统响应平稳的跟随过渡过程曲线导引到达设定值。ITGC算法中需要对控制参数时间常数T、位置项系数Ap和速度项系数Av进行整定。以“在尽可能短的控制时间内以尽可能小的控制量变化使被控对象达到稳态值”的原则设计出新的评价指标ITSEU。在MATLAB/SIMULINK仿真平台和半实物仿真平台——一体化控制实验箱上验证了ITGC算法的优越性，能够较好的抑制振荡和超调，平稳的达到设定值。
　　在DH29-1.6/130/70-AⅡ热水锅炉燃烧环节的控制中采用ITGC算法。通过比较操作工手动操作状态、一阶惯性导引控制和logistic导引控制对出水温度的不同控制效果，其中logistic导引控制效果最佳，在±1.2℃范围内。证明了ITGC算法在大惯性、大滞后的锅炉燃烧系统中具有良好的控制效果。此算法可对各类锅炉的燃烧控制提供积极的借鉴作用。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景及研究意义

1．2 实用控制研究现状

1．3 本文主要研究内容

1．4 本章小结

第2章 智能轨迹导引控制算法

2．1 经典PID控制器的结构及优缺点剖析

2．2．1 经典PID控制器的原理结构分析

2．2．2 经典PID控制器的缺陷分析

2．2 智能轨迹导引控制算法

2．2．1 智能轨迹导引控制算法的原理

2．2．2 智能轨迹导引控制算法的参数意义

2．2．3 智能轨迹导引控制算法参考模型的选择及实现

2．3 本章小结

第3章 智能轨迹导引控制算法的模拟仿真与半实物仿真

3．1 评价指标的建立

3．2 智能轨迹导引控制算法的模拟仿真

3．2．1 阶跃实验

3．1．2 扰动实验

3．3 温控实验

3．4 参数整定实验

3．4．1 数学模型建立方法

3．4．2 控制参数T、Ap、Av的整定

3．5 ITGO温控实验控制效果分析比较

3．5．1 设定值阶跃变化控制效果分析比较

3．5．2 恒定Sv下加扰动控制效果分析比较

3．6 一阶惯性导引在恒温水浴温度控制中的应用

3．7 本章小结

第4章 锅炉燃烧控制系统的应用

4．1 锅炉的工作过程

4．2 锅炉燃烧系统的主要任务

4．2．1 控制出水温度

4．2．2 控制炉排与给煤比

4．2．3 控制风煤配比

4．2．4 控制炉膛负压

4．3 锅炉燃烧系统控制方案

4．3．1 出水温度控制回路

4．3．2 炉排给煤控制回路

4．3．3 风煤配比控制回路

4．3．4 炉膛负压控制回路

4．3．5 各子控制回路的协调控制

4．3．6 温度控制算法设计

4．4 实验结果及分析

4．4．1 logistic导引控制效果

4．4．2 手动、一阶惯性导引、logistic导引控制效果比较

4．5 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

攻读学位期间公开发表论文

致谢